나노기술 및 정책 정보

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  설탕 한 숟가락, 소금 약간, 알코올 몇 방울 - 이것들이 바로 새로운 타입의 견고한 나노다공성 금속유기 골격체 제조에 사용되는 재료들이다. 여기서 사용된 설탕은 일반 설탕이 아니라 바이오재생 옥수수 전분으로부터 제조한 감마-사이클로덱스트린(γ-cyclodextrin)이다.

  미국 노스웨스턴대학(NorthwesternUniversity)의 Fraser Stoddart 교수 연구팀과 UCLA 및 영국의 세인트루이스대학(University of St. Andrews) 과학자들이 Angewandte Chemie 저널에 발표한 바에 따르면, 이 간단한 재료들이 재생 가능한 천연 소재로 만든 새로운 종류의 생체적합 다공성 결정의 기반이 될 것이라고 한다.
  금속-유기 골격체 (Metal organic frameworks, MOF)는 높은 규칙성을 가진 격자형 결정이다. 격자의 꼭지점은 전이금속 (예, 구리, 아연, 니켈, 코발트 등) 복합체이며, 꼭지점 사이는 유기분자로 연결되어 있다.

  MOF는 자신의 기공 내에 수소나 이산화탄소와 같은 가스를 저장할 수 있다. 또한, 물질의 분리, 촉매반응 또는 신체내의 목표지향 약물전달등에도 사용될 수 있다. 기존에 알려진 대부분의 MOF는 석유화학계 빌딩블록 화합물로 제조되었다. 반면에 Stoddart 연구팀은 천연물로부터 MOF를 합성하는데 성공했다.

  "천연물 유래의 빌딩블록은 일반적으로 비대칭 구조라는 문제점을 가지고 있다. 이로 인해 높은 규칙성을 가진 다공성 골격체로 이들을 결정화시키는 것이 매우 어렵다."고 Stoddart 교수는 말한다. 감마-사이클로덱스트린이 이 문제점에 대한 해결책을 제시했다. 이 화합물은 8개의 비대칭 글루코스가 고리 형태로 배열되어 대칭 구조를 띠고 있다. 미국과 일본 등 많은 국가에서는 사이클로덱스트린을 식품 첨가제로 사용하고 있다. 골격체의 두 번째 성분은 알칼리금속 염이다. 이에 적합한 후보물질로는 바로 일반 식염(염화나트륨), 식염대체물질인 염화칼륨 또는 방부제로 널리 사용되는 벤조산칼륨 ( potassiu mbenzoate) 등이 있다.

  이들 성분을 물에 용해시킨 후, 알코올로 증기확산하여 결정화시켰다. 곡식으로 부터 제조한 알코올과 같이 시판되는 재료를 이용할 수도 있다. "이들 재료는 모두 저렴하게 구입할 수 있는 고품질, 식품용의 고순도 물질들이다."라고 Stoddart가 말했다.
  제조된 결정체는 6개의 감마-사이 클로덱스트린 분자가 칼륨 이온에 의해 3차원으로 연결된 입방체로 이루어진다. 이 정육면체는 완벽히 배열되어, 쉽게 접근이 가능한 기공을 가진 다공성 골격체를 형성한다. "이러한 분자 배열은 기존에는 알려진 바가 없다. 기공의 부피가 전체 골격체 의 54%를 차지한다 ."라고 Stoddart 교수가 언급했다.

  다공성소재에 있어서는 특히 이례적으로, 골격체를 물에 녹이면 그 구성 성분으로 완전히 분해되었다가 알코올로 다시 결정화시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 분해된 골격체를 쉽게 재활용 또는 재생할 수 있다." 라고 Stoddart는 말한다.
 

발표논문:

  Ronald A. Smaldone, Ross S. Forgan, Hiroyasu Furukawa, Jeremiah J. Gassensmith, Alexandra M. Z. Slawin, Omar
M. Yaghi, J. Fraser Stoddart, “Metal Organic Frameworks from Edible Natural Products”, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49(published online 16 AUG 2010) | DOI: 10.1002/anie.201002343